罗布泊卤水生产硝酸钾半成品工艺研究_二_等温蒸发实验研究

　　文章编号 :1008 - 7524 (2004) 08 - 0006 - 02 罗布泊卤水生产硝酸钾半成品研究 (二)等温蒸发实验研究 Ξ 黄雪莉1 2 , 张建树2 , 胡子昭2 ,马风云2 (1. 大连理工大学化工学院 ,大连 　116021 ;2. 新疆大学化学化工学院 ,乌鲁木齐 　830046) 　　摘要 :本文在前期研究工作的基础上 ,对新疆罗布泊含硝酸钾卤水进行了 25 ℃等温蒸发实验 ,获得了两种典型组 成卤水在等温蒸发过程中的盐类析出规律及各组分质量分数的变化规律 ,并与前期进行的相图计算结果进行了比较 , 两者基本一致 ,为进一步的工艺实验及该卤水的综合开发利用提供了可靠依据。 关键词 :新疆罗布泊 ;硝酸钾 ;等温蒸发 中图分类号 :O642. 4 + 2 　　文献标识码 :A 0 　引言 在前期的研究工作[1 ]中作者提出了新疆罗 布泊含硝酸钾卤水体系 K+ 、Na + 、Mg2 + / / Cl - 、 SO42 - 、NO3 - - H2O 相图的示方法 ,测定了主 要点的溶解度数据 ,并进行了利用该卤水生产硝 酸钾半成品工艺的相图计算 ,获得了等温蒸发过 程中各盐析出顺序规律及析出时卤水组成 ,提出 了一个原则生产流程。同时依据文献[2 ]提出的 多元水盐体系相图工艺计算方法 ,编制了新疆罗 布泊含硝酸钾卤水等温蒸发相图计算软件[3 ] ,并 进行了计算。 为了验证前期工作中相图计算研究结果并为 将来的工艺研究提供实验依据 ,本文进行了新疆 罗布泊含硝酸钾卤水 25 ℃等温蒸发实验。 1 　实验部分 1. 1 　实验试剂及设备 试剂 :分析纯及优级纯试剂。实验设备及仪 器 :恒温箱及一般分析用仪器。 1. 2 　实验原料 罗布泊地区卤水组成差异较大。按蒸发过程 中不同的盐的析出规律 ,罗布泊地区含硝酸钾卤 水可分为两大类。一类是钾镁比较小、硝含量较 高的 (图 4 中体系点位于 efc 区域中) 卤水 ,这类 卤水探明量较小 ;另一类是钾镁比较高、硝含量偏 低的 (图 4 中体系点位于 eac 区域中) 卤水 ,这类 卤水探明储量较大。本文对这两类由厂家提供的 具有代表性的卤水 (组成见表 1) 进行等温蒸发实 验。 2 　实验数据及处理 原料组成见表 1。 表 1 　原料分析结果 % 序号 K+ Mg2 + Cl - NO3 - SO42 - 原料 1 0. 2620 0. 2040 14. 75 0. 6420 1. 999 原料 2 0. 2997 0. 1138 14. 62 1. 141 1. 740 　　等温蒸发实验结果见图 1、2、3、4。 3 　实验数据讨论 通过各离子质量分数随失水率变化的曲线可 以看出。 (1)原料 1 在等温蒸发 (一) 失水率达到 55 % ～75 %时 ,SO42 - 的质量分数增加趋势明显减缓 , X衍射表明从第 6 点开始有较多的 Na2 SO4 析出 ; 在等温蒸发 (二)失水率达到 68 %(总失水率经换 算约为 90 %) 时 , Mg2 + 的质量分数呈下降趋势 , 液相 SO42 - 质量分数同时减小 ,表明镁盐析出 ,X ·6· ·试验研究·　　　　　　　　　　　IM &P 化工矿物与加工 　　　　　　　　　　　2004 年第 8 期 Ξ 收稿日期 :2003 - 12 - 15 　作者简介 :黄雪莉 (1965 - ) ,女 ,新疆大学副教授 ,大连理工大学博士生 ,从事化工热力学研究。 © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 衍射证明是 Na2 SO4·MgSO4·4H2O ;在等温蒸发 (二)失水率达到 89 % (总失水率为 96 %) 时 , K+ 的质量分数增加呈明显减缓趋势 ,且 SO42 - 质量 分数下降趋势变陡 ,表明钾盐析出。由于析出量 很少 ,未能判断是何种钾盐 ,根据相图判断应为 3 K2 SO4·Na2 SO4 ; 等温蒸发 (二 ) 后期 Mg2 + 和 SO42 - 的质量分数出现波动 ,这是由于出现介稳 ; 等温蒸发过程析盐点与相图计算结果比较见表 2。 图 1 　原料 1 液相各离子质量分数变化曲线 (一) 图 2 　原料 1 液相各离子质量分数变化曲线 (二) 图 3 　原料 2 液相各离子质量分数变化曲线 图 4 　原料 1、原料 2 等温蒸发相图 表 2 　原料 1 实验点与文献[3 ]计算结果比较 析出盐 液相离子质量分数/ % K+ Mg2 + NO3 - Cl - SO42 - Na2SO4 0. 7550 0. 5844 1. 822 13. 10 4. 813 < 0. 7458 > < 0. 5677 > < 1. 781 > < 13. 05 > < 5. 540 > Na2SO4·MgSO4·4H2O 1. 772 1. 318 4. 395 10. 51 10. 69 < 1. 707 > < 1. 334 > < 4. 186 > < 12. 07 > < 6. 598 > 3 K2SO4·Na2SO4 4. 619 1. 832 11. 72 9. 930 8. 413 < 4. 857 > < 0. 9804 > < 11. 91 > < 10. 45 > < 5. 587 > 　　注 : < > 内为相图计算结果 　　可以看出除 SO42 - 外两者非常接近。SO42 - 质量分数不太相符是由于相图计算过程中以平面 代曲面造成的 ,另外图 4 也表明蒸发过程基本按 相图规律进行。 (2)原料 2 在等温蒸发过程中 K+ 质量分数 始终增加 ,趋势变化不大。在失水率约 70 %时 , SO42 - 的质量分数下降 ,综合判断表明为 Na2 SO4 析出。在失水率约为 90 %左右时 , Mg2 + 质量分 数增加趋势变缓 ,SO42 - 质量分数快速下降 ,经鉴 别为 Na2 SO4·MgSO4·4H2O 析出。实验组成与相 图计算结果比较如表 3。当失水率达到 94 %以上 时 K+ + NO3 - 含量已接近 200 g/ L ,实验截止。 表 3 　原料 2 实验点与文献[3 ]计算结果比较 析出盐 液相离子质量分数/ % K+ Mg2 + NO3 - Cl - SO42 - Na2SO4 0. 9246 0. 3411 3. 381 12. 80 5. 627 < 0. 8474 > < 0. 3216 > < 3. 225 > < 12. 94 > < 4. 921 > Na2SO4·MgSO4·4H2O 2. 948 1. 050 10. 63 9. 243 9. 383 < 2. 855 > < 1. 084 > < 10. 87 > < 11. 00 > < 5. 106 > 　　注 : < > 内为相图计算结果 　　可以看出除 SO42 - 外两者非常接近。SO42 - 质量分数不太相符原因同上。 4 　参考文献 [1 ] 　黄雪莉 ,马风云 ,胡子昭. 新疆罗布泊卤水生产硝酸钾半成 品工艺研究 (一) 相图分析及计算 [J ] . 化工矿物与加工 , 2002 , (4) :1 - 4. [ 2 ] 　黄雪莉 ,吕秉玲. 多元体系相图工艺计算方法研究[J ] . 海湖 盐与化工 , 2001 , (6) : 9 - 12. [3 ] 　张建树 ,黄雪莉 ,马风云. 多元水盐体系相图工艺计算程序 的开发研究[J ] . 海湖盐与化工 , 2003 (4) . (下转第 11 页) ·7· ·试验研究·　　　　　　　　　　　IM &P 化工矿物与加工 　　　　　　　　　　　2004 年第 8 期 © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 辆或大于 n 辆车时 ( n 为系统卸载台数) ,系统中 每个卸载点都有卡车卸载 ,系统处于作业状态。如 上所述 ,本文认为露天矿卸载系统的可靠度计算 公式可以表示为 : (1)对单个系统来说 ,可靠度 A n = 1 - P0 - ( n - 1) / n P1 - ⋯ - r/ n Pn - r - ⋯ - 1/ n Pn - 1 = 1 - r n 6n- 1r = 1 Pn - r - P0 (20) 其中 : Pr表示系统出现 r个卸载卡车的概率 ( r = 1 ,2 , ⋯, n - r) , r < n , n 表示卸载台数 , P0 见式 (2) ,ρ = λ/μ, Pr = ρr r ! P0 (21) 由上式可解出单个卸载点的可靠度。(2) 对整个 系统来说 ,只有所有卸载台空闲 ,系统才无卡车卸 载事件发生 ,这时系统处于非作业状态 ,所以整个 系统可靠度 As = 1 - P0 (22) 　　对实际矿山 ,卸载台数取 2 ,整个系统的作业 概率 (可看作近似可靠度)为 A n = 1 - P0 = 1 - 0 . 2452 = 75 . 5 % 　　对单个卸载台来说 A n = 1 - P0 - 1/ 2 P1 = 1 - 0 . 2452 - (1/ 2) ×0 . 2972 = 60 . 6 % 7 　参考文献 [1 ] 　张幼蒂 ,等. 露天矿半连续运煤系统及其在我国应用前景 [J ] . 中国矿业 ,1995 (2) 1 - 2. [ 2 ] 　钱颂迪 ,等. 运筹学[ M ] . 长沙 :湖南科学技术出版社 ,1990 , 331 - 336. The production analyzing and optimiz2 ing design of unloading part of semi2 continuous convey system in surface mine BAI Xiao2ping1 , 2 ,CAI Qing2xiang3 (1. School of Management , Xi’an University of Architecture & Technology , Xi’an 710055 , China ; 2. School of Elec2 tronics & Information , Xi’an Jiaotong University , Xi’an Shanxi ,710049 , China ; 3. School of Energy Source , China University of Mining and Technology , Xuzhou Jiangsu 221008 , China) Abstract :The unloading part of discontinuous and continuous con2 vey system is analyzed and optimized in combination with fact of a re2 al mine , and using many methods such as Queuing Theory and relia2 bility analysis. The utility results are gained , which can be used in similar mines and can offer decision basis for real mines. Keywords :surface mine ; semicontinuous convey ; queuing theo2 ry ; optimizing design (上接第 7 页) Study on preparation of KNO3 f rom the brine in Luobupo ( Ⅱ) the isothermal evaporation experiment HUAN G Xue2li1 ,2 ,ZHAN G Jian2shu2 ,MA Fen2yun2 , HU Zi2zhao2 (1. School of Chemical Engineering , Dalian University of Technology , Dalian 116012 , China ;2. College of Chemistry and Chemical Engineering , Xinjiang University , Urumqi Xinjiang 830046 China) Abstract :Based on the early researches , the isothermal evapora2 tion process (25 ℃) of the brine in Luobupo Xinjiang was studied. During this process , the crystallization orders of salts for two kinds of typical brine were acquired , and the liquid composition was mea2 sured , too. The results of experiment were accord with the ones cal2 culated through the phase diagram well. These works give a depend2 able basis for the research of technology and comprehensive utilization of the brine in Luobupo Xinjiang. Keywords :Luobupo Xinjiang ; potassium nitrate ; isothermal e2 vaporation ·11· ·试验研究·　　　　　　　　　　　IM &P 化工矿物与加工 　　　　　　　　　　　2004 年第 8 期 © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net